Один из организаторов революции 1917 года в Санк-Петербурге, крупный деятель РСДРП(б) на Южном Урале в 1917-1918 гг.
Родился в семье парикмахера. Окончил гимназию в Омске. Всупил в РСДРП(б) в 1905 году. В 1907 году за преступление совершенное в период революции 1905—1907 годов был приговорен к смертной казни, замененной 15-летним тюремным заключением. В 1916 году во время первой мировой войны был мобилизован в армию.
В 1917 году после Февральской революции С.М. Цвилинг стал председателем Челябинского совета и председателем комитета РСДРП(б). Приехал в Санкт-Петербург для участия в полуподпольном VI съезде РСДРП(б). Здесь он стал одиним из лидеров Октябрьской революции, комиссаром в Санкт-Петербурге и делегатом Второго Всероссийского съезда Советов. Вернувшись на Южный Урал С.М. Цвилинг организовывал отряды красных для борьбы с белоказаками атамана А.И. Дутова. Был арестован в ноябре 1917 г но бежал из под стражи и с ноября 1917 г. С.М. Цвилинг стал комиссаром Совета Народных Комиссаров Российской Советской Республики в Оренбурге и председателем Военно-революционного комитета (ВРК) Оренбурга. С марта 1918г. С.М. Цвилинг — председатель оренбургского губисполкома.
2 апреля 1918 года во время боя в станице Изобильной Оренбургского казачьего войска С.М. Цвилинг был убит войсковым старшиной Е.В. Ершовым.
Памятники С. М. Цвиллингу установлены на месте его гибели и в Челябинске. В Челябинске на доме по улице Большой (ныне — Цвиллинга), где жил С. М. Цвиллинг, установлена мемориальная доска. Именем С. М. Цвиллинга названы улицы в Екатеринбурге, Оренбурге, Троицк, Челябинске и других уральских городах, колхоз и совхоз в Соль-Илецком районе Оренбургской области. Челябинский академический театр драмы до 2003 носил имя С. М. Цвиллинга.